第1章 Matlab工程应用基础_概述.ppt

Matlab工程应用ApplicationofMatlabinEngineering 总学时 60学时 理论30 上机30 使用教材及参考书 0 陈怀琛 MATLAB及在电子信息课程中的应用 北京 电子工业出版社 20061 苏晓生 掌握Matlab6 0及其工程应用 北京科学出版社2002 2 王沫然编 Matlab与科学计算 第2版 电子工业出版社 2003 3 Magrab EdwardB 著 高会生等译 Matlab原理与工程应用 北京电子工业出版社 2002 4 飞思科技产品研发中心编著 MATLAB7基础与提高 电子工业出版社 2005年 课程的性质 目的和任务 Matlab是一个可视化的计算程序 被广泛地应用在科学运算领域里 它具有功能强大 使用简单等特点 内容包括 数值计算 符号计算 数据拟合 图形图像处理 系统模拟和仿真分析等功能 此外 用Matlab还可以进行动画设计 有限元分析等 本课程的目的是使学生能够运用Matlab进行一般的工程计算 掌握Matlab的基本技术 基本计算 矩阵处理 符号运算和图形显示技术等 为将来从事工程技术方面的产品开发 科学研究 工程计算和管理打下一定的基础 教学基本要求 1 了解Matlab语言特点 熟悉Matlab视窗环境 掌握Matlab帮助功能的基本使用方法 2 掌握Matlab中变量和函数的有关概念 以及矩阵和多项式的构造方法 掌握数组运算和矩阵运算 并能够使用几种常用的函数进行简单问题的求解 3 搞清符号变量和符号表达式的定义 并能用符号运算解决一般的微积分和方程求解问题 4 掌握Matlab程序设计的几种基本控制转移语句 学会简单M文件的编程 5 掌握二维平面图形和三维立体图形的绘制方法 进行数据可视化处理 第1章Matlab概述 1 Matlab简介2 Matlab的工作环境3 Matlab帮助系统 Matlab简介 1 MATLAB的起源与发展MATLAB是 矩阵实验室 MATrixLABoratory 的缩写 最初版本是由CleveMoler博士用FORTRAN语言开发的矩阵分析软件 80年代初期 CleveMoler和JohnLittle等人用C语言改写了MATLAB的内核 成立了Mathworks软件开发公司 并于1984年将MATLAB正式推向市场 从这时起 MATLAB除原有的数值计算能力外 还新增了数据视图功能 1992年初推出了应用于Windows操作系统的MATLAB4 x版本 1997年推出5 1版本 1998年推出5 2版本 1999年推出MATLAB5 3版本 2000年推出了更为简便易学的MATLAB6 0版本 2002年推出了MATLAB6 5版本 2004年推出了MATLAB7版本 MATLAB的版本更新 Matlab简介 2 MATLAB语言的特点1 起点高 1 每个变量代表一个矩阵 它有n m个元素 从MATLAB名字的来源可知 它以矩阵运算见长 在当前的科学计算中 几乎无处不用矩阵运算 这使它的优势得到了充分的体现 2 每个元素都看做复数 这个特点在其他语言中也是不多见的 3 所有的运算都对矩阵和复数有效 包括加 减 乘 除 函数运算等 Matlab简介 2 人机界面适合科技人员 1 语言规则与笔算式相似 MATLAB的程序与科技人员的书写习惯相近 因此易写易读 易于在科技人员之间交流 2 矩阵行列数无需定义 要输入一个矩阵 用其他语言时必须先定义矩阵的阶数 而MATLAB则不必用阶数定义语句 输入数据的行列数就决定了它的阶数 3 键入算式立即得出结果 无需编译 MATLAB是以解释方式工作的 即它对每条语句解释后立即执行 若有错误也立即作出反应 便于编程者马上改正 这些都大大减少了编程和调试的工作量 Matlab简介 3 强大而简易的作图功能 1 能根椐输入数据自动确定绘图坐标 2 能规定多种坐标系 极坐标 对数坐标等 3 能绘制三维坐标中的曲线和曲面 4 可设置不同的颜色 线型 视角等 如果数据齐全 通常只需一条命令即可出图 4 智能化程度高 1 绘图时自动选择最佳坐标以及自动定义矩阵阶数 2 作数值积分时自动按精度选择步长 3 自动检测和显示程序错误的能力强 易于调试 Matlab简介 5 功能丰富 可扩展性强MATLAB软件包括基本部分和专业扩展两大部分 基本部分包括 矩阵的运算和各种变换 代数和超越方程的求解 数据处理和傅里叶变换 数值积分等 可以充分满足大学理工科本科的计算需要 本书将介绍这部分的主要内容 扩展部分称为工具箱 它实际上是用MATLAB的基本语句编成的各种子程序集 专门用于解决某一方面的问题 或实现某一类的新算法 现在已经有控制系统 信号处理 图像处理 系统辨识 模糊集合 神经元网络 小波分析等数十个工具箱 并且还在继续发展中 Matlab工作环境界面 MATLAB的启动桌面快捷方式启动开始菜单方式启动MATLAB的退出Matlab菜单命令 关闭按钮在Matlab命令窗口输入exit或quit 包含一行标题栏 一行菜单栏 一行工具栏 四个工作窗口和一行注释栏 四个工作窗口分别为 命令窗口 CommandWindow 历史命令 CommandHistory 工作空间 Workspace 和当前目录 CurrentDirectory Matlab工作环境界面 Matlab工作环境界面 1 命令窗口 CommandWindow 1 命令窗口的菜单栏File 文件 菜单 实现有关文件的操作 Edit 编辑 菜单 用于命令窗口的编辑操作 Debug 调试 菜单 调试程序时使用 Desktop 桌面 菜单 用于改变屏幕上显示的视窗布局 Window 窗口 菜单 Help 帮助 菜单 用于提供帮助信息 命令窗口下的File子菜单 Matlab工作环境界面 命令窗口下的Edit子菜单 Matlab工作环境界面 命令窗口下的Debug子菜单 Matlab工作环境界面 命令窗口下的Desktop子菜单 Matlab工作环境界面 命令窗口下的Window子菜单 Matlab工作环境界面 命令窗口下的Help子菜单 Matlab工作环境界面 Matlab工作环境界面 2 命令窗口的工具栏 用MATLAB的M文件编辑器新建一个M文件 用MATLAB的M文件编辑器打开一个文件 将选中的内容剪切到剪贴板 将选中的内容复制到剪贴板 将剪贴板中的内容粘贴到光标指定的位置 撤消最近一次的操作 打开Simulink浏览器 打开MATLAB帮助窗口 当前工作路径 Matlab工作环境界面 3 命令窗口的命令编辑区 命令窗是MATLAB的主要交互窗口 用于输入命令和显示除图形以外的所有计算结果 在命令编辑区键入命令并按下回车键后 MATLAB就会解释执行所输入的命令 并在命令后面给出计算结果 例如 A 123 456 789 A 123456789 Matlab工作环境界面 3 命令窗口的命令编辑区 MATLAB的特殊功能键 调出上一个 历史 命令行 调出下一个命令行Esc恢复命令输入的空白状态当输入命令的语句过长 需要两行或多行才能输入 则要使用 作续行符 按回车键 Enter 转入下一行继续输入 Matlab工作环境界面 y1 2 sin 0 5 pi 1 sqrt 3 y1 0 7321 y2 2 cos 0 5 pi 1 sqrt 3 y2 4 4825e 017 y2 2 cos 0 5 pi 1 sqrt 3 y2 4 4825e 017 Matlab工作环境界面 format命令 在MATLAB默认的formatloose 稀疏格式 下 屏幕上的显示会有许多空行 如果键入formatcompact 紧凑格式 空行就会去掉 format命令还可以控制数字显示的方式 虽然MATLAB只采用双精度格式进行数据的存储和运算 但数字的显示格式可以有八种 Matlab工作环境界面 数据显示格式 Matlab工作环境界面 选择File菜单中的Preferences项 打开参数设置对话框 单击CommandWindow标签即可进入命令窗口的设置 例1 1绘制函数y 2sin 1 x 的图像 并计算当x 0 5时的函数值 Matlab工作环境界面 x 0 0 1 10 给出自变量x的定义域y 2 sin 1 x 写出函数形式plot x y 绘出函数图形y 2 sin 1 0 5 求当x 0 5时的y值 其后不加分号 直接在窗口中给出结果y 1 9950 输出y的计算结果 Matlab工作环境界面 例1 2绘制函数y 3x3 10 x2 5x 8的图像 fori 1 100 x i 0 1 i y i 3 x i 3 10 x i 2 5 x i 8 endplot x y Matlab工作环境界面 5 命令窗口的常用控制指令 Matlab工作环境界面 2 历史命令窗口 CommandHistory 记录每次启动MATLAB的时间和每次启动MATLAB后在命令窗口中运行过的所有命令对历史命令的编辑 复制 运行 创建m文件 快捷方式 profilecode Matlab工作环境界面 3 当前目录浏览器 CurrentDirectory 用于显示及设置当前工作目录 同时显示当前工作目录下的文件夹 文件信息 文件名 文件类型及目录的修改时间等 只有在当前目录或搜索路径下的文件及函数可以被运行或调用 设置当前目录可以在浏览器窗口左上角的输入栏中直接输入 或点击浏览器下拉按钮进行选择 还可用cd命令在命令窗口设置当前目录 如 cdc mydir可将c盘上的mydir目录设为当前工作目录 Matlab工作环境界面 4 工作空间浏览器 Workspace 用于存储各种变量和结果的内存空间 显示变量的名称 大小 字节数及数据类型 对变量进行观察 编辑 保存和删除 who 查看内存变量信息 只显示变量名whos 查看内存变量信息 显示内存变量的详细信息 包括名称 大小 数据类型等信息clear 删除内存变量 Matlab工作环境界面 5 图形窗 Figure 主要用于显示用户所绘制的图形 通常 只要执行了任意一种绘图命令 图形窗就会自动产生 绘图都在这一个图形窗中进行 如果想再建一个图形窗 则可键入figure命令 MATLAB会新建一个图形窗 并自动给它排出序号 也可人为规定图形窗的序号 figure n Matlab工作环境界面 6 文本编辑窗 Editor Debugger MATLAB程序编制有两种方式 1 行命令方式 在命令窗口中一行一行地输入命令 计算机对每一行命令作出反应 2 M文件方式 编写 修改和调试M文件程序要用到M文件编辑器 调试器 M文件编辑器 调试器的启动 从命令窗口中选择新建或打开文件按钮进入 或在命令窗口中键入edit 回车 1 帮助窗口 工具条中的 按钮 help菜单栏中ProductHelp项 在命令窗口中执行helpdesk doc helpwin helpbrowser Matlab帮助系统 2 Web网上资源MathWorks公司的主页 上可以找到很多有用的信息 国内的一些网站也有丰富的信息资源 Start Web或Help WebResources Matlab帮助系统 3 Matlab常用的窗口帮助命令 Matlab帮助系统 help命令直接输入help MATLAB将列出所有的帮助主题 每个帮助主题对应于MATLAB搜索路径中的一个目录 help后加帮助主题 可获得指定帮助主题的帮助信息 help后加函数名 给出指定名称函数的使用方法 help后加命令名 将得到指定命令的用法 Matlab帮助系统 helpHELPtopics MyDocuments MATLAB Notableofcontentsfile matlab general Generalpurposecommands matlab ops Operatorsandspecialcharacters matlab lang Programminglanguageconstructs matlab elmat Elementarymatricesandmatrixmanipulation matlab elfun Elementarymathfunctions matlab specfun Specializedmathfunctions matlab matfun Matrixfunctions numericallinearalgebra matlab datafun DataanalysisandFouriertransforms Matlab帮助系统 helpmatlab generalGeneralpurposecommands MATLABVersion7 5 R2007b 02 Aug 2007Generalinformation syntax HelponMATLABcommandsyntax demo Rundemonstrations ver MATLAB Simulinkandtoolboxversioninformation version MATLABversioninformation verLessThan Compareversionoftoolboxtospecifiedversionstring Managingtheworkspace who Listcurrentvariables Matlab帮助系统 helpfftFFTDiscreteFouriertransform FFT X isthediscreteFouriertransform DFT ofvectorX Formatrices theFFToperationisappliedtoeachcolumn ForN Darrays theFFToperationoperatesonthefirstnon singletondimension FFT X N istheN pointFFT paddedwithzerosifXhaslessthanNpointsandtruncatedifithasmore FFT X DIM orFFT X N DIM appliestheFFToperationacrossthedimensionDIM ForlengthNinputvectorx theDFTisalengthNvectorX Matlab帮助系统 helpwhoWHOListcurrentvariables WHOliststhevariablesinthecurrentworkspace Inanestedfunction variablesaregroupedintothoseinthenestedfunctionandthoseineachofthecontainingfunctions WHOdisplaysonlythevariablesnames notthefunctiontowhicheachvariablebelongs Forthisinformation useWHOS Innestedfunctionsandinfunctionscontainingnestedfunctions evenunassignedvariablesarelisted WHOSlistsmoreinformationabouteachvariable WHOGLOBALandWHOSGLOBALlistthevariablesintheglobalworkspace WHO FILEFILENAMEliststhevariablesinthespecified MATfile Matlab帮助系统 helpwin命令 用于打开MATLAB的帮助文件窗 Matlab帮助系统 demo命令 打开MATLAB演示系统 可以选择感兴趣的内容进行演示 Mat